Часть-2 (Е.А. Лысенко, А.А. Ефимова, И.В. Чернов, Е.А. Литманович - Методические разработки к практическим работам по растворам полимеров)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВАХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТКАФЕДРА ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙЕ.А. Лысенко, А.А. Ефимова, И.В. Чернов, Е.А. ЛитмановичМЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ К ПРАКТИЧЕСКИМРАБОТАМ ПО РАСТВОРАМ ПОЛИМЕРОВЧАСТЬ IIМосква 2011 г.Московский государственный университетимени М.В.ЛомоносоваХимический факультеткафедра высокомолекулярных соединенийЕ.А. Лысенко, А.А. Ефимова, И.В.

Чернов, Е.А. ЛитмановичУтверждено учебно-методической комиссиейкафедры высокомолекулярных соединенийМЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ К ПРАКТИЧЕСКИМРАБОТАМ ПО РАСТВОРАМ ПОЛИМЕРОВ(часть 2)Под редакцией чл.-кор. РАН,проф. В.П.ШибаеваМосква -2011 г.2«Методическиеразработки к практическим работам по растворамполимеров» предназначены для внутреннего использования в общемпрактикуме по высокомолекулярным соединениям на ХимическомфакультетеМосковского государственногоуниверситетаимениМ.В.Ломоносова. Разработки содержат методические указания длявыполнения студентами практических работ в разделе «Растворыполимеров», состоят из 2 частей. Экспериментальным работам (часть 2)предшествует теоретический раздел (часть 1), в котором содержатсяосновные сведения, необходимые для выполнения работ.3ОГЛАВЛЕНИЕЭкспериментальная частьСтр.Задача 1.

Определение  -температуры раствора полимера покритическим температурам растворения5Задача 2. Вискозиметрия разбавленных растворов полимеров6Вариант 1. Определение коэффициента набухания макромолекулВариант 2. Оценка полидисперсности полимераВариант 3. Определение коэффициента набухания макромолекулВариант 4. Определение коэффициента набухания макромолекулВариант 5: Определение молекулярной массы полимера911111415Задача 3.

Оценка полидисперсности макромолекул полимера методомтурбидиметрического титрования15Задача 4. Исследование макромолекул в растворе методомсветорассеяния19Вариант 1. Определение молекулярной массы, гидродинамическогорадиуса макромолекул, второго вириального коэффициентаВариант 2. Определение размеров частиц латекса42024Задача 1:Определение  -температуры раствора полимера покритическим температурам растворенияЦель работы:Реактивы:Получение фазовых диаграмм для нескольких фракцийполистирола в циклогексане и определение -температуры раствора полимера.Растворы разных концентраций фракций полистироларазных молекулярных масс в циклогексане.Номерапробирок11 – 1521 – 2531 – 3541 – 4551 – 5561 – 6571 – 7581 – 85Приборы:Молекулярныемассы362000271000203000160000130000773006600057600Концентрации,г/дл0.5; 1; 2; 3; 41; 2; 3; 4; 52; 3; 4; 5; 63; 4; 5; 6; 74; 5; 6; 7; 84.5; 5.5; 6.5; 7.5; 8.55; 6; 7; 8; 95.5; 6.5; 7.5; 8.5; 9.5Термостат воздушный, термостат водный, ампулы срабочими растворами.Методика работыЗапаянные стеклянные ампулы со смесями фракций полистирола сциклогексаном разных составов помещают в воздушный термостат,нагретый до 40 – 50С, и в течение 30 мин выдерживают их при этойтемпературе, периодически взбалтывая содержимое ампул, до образованиягомогенных прозрачных растворов.Затем ампулы переносят в водный термостат, предварительнонагретый до 35С.

Выдержав растворы при этой температуре 5 мин,начинают их охлаждать. Для этого на контактном термометре задаюттемпературу на 5 ниже и включают водяное охлаждение термостата.Когда температура достигнет заданного значения, понижают температуруна контактном термометре еще на 5 и т.д. Температура в водномтермостате должна снижаться со скоростью 1 – 2С за 10 мин.Помутнение растворов в ампулах фиксируют визуально: затемпературу фазового расслоения (ТФР) принимают ту температуру, прикоторой становится невидимым через рабочий раствор печатный текст нагазетном листе, помещенном позади термостата с ампулами. Температуруотмечают по контрольному термометру в водном термостате.5Форма записи результатовМолекулярные массы фракций№ ампулКонцентрация растворов, г/длТемпература фазового расслоенияОбработка результатовДля всех фракций строят фазовые диаграммы, откладывая по осиординат ТФР, по оси абсцисс – концентрацию раствора.

Отмечаюткритические температуры растворения (ТКР) полистирола разныхмолекулярных масс в циклогексане.Для нахождения  -температуры строят зависимость 1/ТКР от 1/ M .Экстраполяцией полученной зависимости к 1/ M = 0 находят величину 1/.Форма записи результатовM1/ MТКР, K1/ТКР, K °CЗадание:Объяснить фазовые диаграммы системы полистирол –циклогексан. Дать определение  -температуры на основаниивыполненной работы.Задача 2:Вискозиметрия разбавленных растворов полимеровДанная работа включает несколько вариантов:1. определение коэффициента набухания макромолекул,2.

оценка полидисперсности полимера,3. определение невозмущенных размеров макромолекул по вязкостираствора полимера в хорошем растворителе,4. определение невозмущенных размеров макромолекул в  -условиях,5. определение молекулярной массы полимера.Реактивы:Растворы полимеров: полибутилметакрилата вметилэтилкетонеиизопропиловомспирте,полистирола в толуоле и метилэтилкетоне, трехфракций полистирола в бензоле, поликарбоната в6Приборы ипосуда:хлороформе, полиметилметакрилата в хлороформе.Растворители: бензол, толуол, метилэтилкетон,изопропиловый спирт, хлороформ.Термостат, вискозиметр Уббелоде, секундомер, грушарезиновая, цилиндры мерные на 10 мл.Все варианты работы выполняются с помощью капиллярноговискозиметра Уббелоде при 25°С.Порядок работы с вискозиметром1.

Подготовка вискозиметра к работе.Установив на контактном термометре 25°С, включают термостат всеть на ~220В. Вискозиметр промывают растворителем, с которымпредстоит работать. Для этого в вискозиметр через трубку 1 вводят 8 млрастворителя. Закрыв кран на трубке 3, с помощью груши, надетой натрубку 2, заполняют капилляр и измерительный шарик А растворителем.Отсоединив грушу от прибора, дают растворителю стечь в основнойрезервуар вискозиметра.

Повторяют эту процедуру 2–3 раза и выливаютрастворитель через трубку 1 в склянку для слива.2. Измерение времени истечения растворителя.Мерным цилиндром вводят в вискозиметр 8 мл растворителя. После5-минутного термостатирования приступают к измерению времениистечения. С помощью груши заполняют трубку 2 растворителем так,чтобы уровень его был на 2–3см выше верхней метки над измерительнымшариком.

Отсоединяют грушу от прибора и открывают кран трубки 3.Растворитель из трубки 3 и шарика А начинает стекать в резервуарвискозиметра. Отмечают по секундомеру время истечения растворителя отверхней метки над измерительным шариком до нижней – под ним. Времяистечения определяют не менее трех раз, причем отсчеты по секундомерудолжны различаться не более чем на 0.4 сек. В процессе измерения следятза постоянством температуры и чистотой измеряемых жидкостей.

Измериввремя истечения растворителя, выливают последний из вискозиметра повозможности более полно, вытесняя из капилляра с помощью груши.3. Измерение времениконцентраций.истечениярастворовполимераразныхПомещают в вискозиметр 8 млисходногораствораполимера,термостатируют раствор в течение7~5 мин и измеряют время егоистечениячерезкапилляр.Разбавление раствора производятнепосредственно в вискозиметре,последовательно добавляя 8 мл, ещераз 8 мл и еще 16 мл растворителя.Каждыйразтщательноперемешивают раствор, барботируявоздух с помощью груши. Всеизмерения записывают в тетрадь.Послеокончанияизмеренийвыливают раствор полимера извискозиметра в склянку для слива итщательномоютвискозиметррастворителем.

Вновь измеряютвремяистечениярастворителя,сопоставляя его со временем,измеренным в начале работы.Рис.1. Вискозиметр Уббелоде4. Первичная обработка данных.Для каждой концентрации раствора и чистого растворителявычисляют среднее время истечения. Результаты измерений записывают втаблицу 1:Полимер:Температура измерения:Растворитель:Время истечения растворителя:Объемраствора,млЗдесьс (полимера), t (времяг/длистеченияраствора),секt0отнудпротн ttO уд. t  t0t0 уд пр,сдл/г– время истечения растворителя,– относительная вязкость раствора,– удельная вязкость раствора,– приведенная вязкость раствора.По данным таблицы 1 строят зависимость приведенной вязкости отконцентрации раствора.

Экстраполяцией полученной зависимости кнулевой концентрации полимера находят характеристическую вязкость.Молекулярную массу вычисляют по уравнению Марка-КунаХаувинка:8   K * M a ,где[]K, a(1)– характеристическая вязкость раствора полимера,– постоянные, характеризующие систему полимер –растворитель при данной температуре. Значения К и a дляряда систем при 25°C приведены в таблице 2:Система полимер – растворительПолистирол - бензолПолистирол - толуолПолистирол - метилэтилкетонПолиметилметакрилат - хлороформПолибутилметакрилат - метилэтилкетонПолибутилметакрилат - изопропанолПоликарбонат - хлороформK*104, дл/гa2.71.183.90.480.163.6627.70.660.720.570.80.810.50.5Невозмущенные размеры макромолекул полимера в  -условияхвычисляют по уравнению Флори-Фокса:(2)2 3/ 2h   Ф * Mгдеh 2 3/ 2Ф,– среднеквадратичное расстояние между концами цепимакромолекулы,– постоянная Флори, равная 2.84*1023 (в системе СГС).Вариант 1: Определение коэффициента набухания макромолекулЦель работы:Определение характеристических вязкостей одного итого же полимера в хорошем и  -растворителях,вычислениемолекулярноймассыполимера,коэффициента набухания, невозмущенных размеров ивеличины статистического сегмента макромолекулполимера.Объектами исследования являются две системы:1) раствор полибутилметакрилата (ПБМА) в хорошем растворителе –метилэтилкетоне (МЭК),2) раствор ПБМА в  -растворителе – изопропаноле (ИПС).Концентрации исходных растворов 1 г/дл.

Для двух системопределяют характеристические вязкости, как описано выше в разделе“Порядок работы с вискозиметром”.9Обработка результатов–––––В одних координатах строят две зависимости приведенной вязкостиот концентрации раствора для ПБМА в хорошем и  -растворителяхи определяют две характеристические вязкости.По уравнению (1) рассчитывают молекулярную массу ПБМА повязкости в хорошем растворителе, используя значения констант К иa , приведенные в таблице 2.1/ 3По формуле:  вычисляют коэффициент набухания    макромолекул ПБМА.По уравнению (2) находят невозмущенные размеры макромолекулПБМА.2Величину статистического сегментаhA,(А)макромолекулПБМА2 Pn  l  sinвычисляют по формуле:где–2– степень полимеризации ПБМА,– длина связи С – С,l = 1.54 Е = 109.5– валентный угол ( sin  0.816 ).2Зная проекцию одного мономерного звена наPnось макромолекулы (2l* sin), можно найти2nчисло мономерных звеньев в сегменте поформуле:A2l * sin2Результаты расчетов записывают в таблицу:MЗадание: h 2   1/ 2 , ЕA, ЕnОбъяснить влияние качества растворителя на размерымакромолекул и характеристическую вязкость полимера.

Чтохарактеризуют невозмущенные размеры и величинастатистического сегмента ?Вариант 2: Оценка полидисперсности полимераЦель работы:Определение характеристических вязкостей одного итого же полимера в хорошем и плохом растворителях,вычисление молекулярных масс полимера и оценка егополидисперсности.10.Объектами исследования являются две системы:1) раствор полистирола (ПС) в хорошем растворителе – толуоле (ТЛ),2) раствор ПС в плохом (вернее в худшем по сравнению с ТЛ)растворителе – метилэтилкетоне (МЭК).Концентрации исходных растворов 1 г/дл.